Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong quản lý cây công nghiệp huyện bảo lâm, tỉnh lâm đồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - LÊ QUANG TOAN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM ĐỒNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ Hà Nội, 2019 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - LÊ QUANG TOAN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM ĐỒNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám Hệ thông tin địa lý Mã số: 62 44 02 14 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Phạm Văn Cự TS Bùi Quang Thành Hà Nội, 2019 ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nghiên cứu sinh Lê Quang Toan iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến hai Thày: PGS.TS Phạm Văn Cự TS Bùi Quang Thành, động viên, bảo hướng dẫn tận tình chun mơn nhiều lĩnh vực khác sống để giúp tơi hồn thành luận án Đặc biệt PGS.TS Phạm Văn Cự hướng dẫn giúp đỡ bảo vệ thành cơng Khóa luận tốt nghiệp Đại học Luận văn cao học Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQGHN Trong suốt trình thực luận án nhận nhiều giúp đỡ, động viên đóng góp ý kiến từ nhiều cá nhân tập thể có: thày, Khoa Địa lý, Phịng Sau đại học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN; Viện Địa lý – Viện Hàn lâm KHCNVN; Viện Địa lý Tài nguyên HCM – Viện Hàn lâm KHCNVN; Trường Đại học Mỏ địa chất; Viện Môi trường nông nghiệp – Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam; Học Viện Kỹ thuật quân - Bộ Quốc phòng; Viện Việt Nam học Khoa học phát triển, ĐHQGHN; Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga; Hội Địa lý Việt Nam; Trung tâm vũ trụ Việt Nam – Viện Hàn lâm KHCNVN; Trường Đại học Tây Nguyên; tổ chức, đơn vị chia sẻ cung cấp liệu sử dụng luận án bao gồm: Đề tài TN3-T16 PGS.TS Phạm Việt Hòa làm chủ nhiệm, Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Lâm Đồng, Sở Nông nghiệp Phát triển Nông thôn tỉnh Lâm Đồng, UBND huyện Bảo Lâm, Tổ chức phát triển Hà Lan (SNV), Cục Viễn thám Quốc gia (RSC), Cơ quan hàng không Châu Âu (ESA), Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS) Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp Phịng Cơng nghệ viễn thám, GIS GPS thuộc Viện Công nghệ vụ trụ, Viện Hàn lâm KHCNVN người thân gia đình ln động viên hỗ trợ tơi suốt q trình học tập, đặc biệt người bạn đời hai nhỏ nguồn động lực lớn giúp tơi hồn thành luận án Trân trọng cảm ơn! Lê Quang Toan iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu, nhiệm vụ Đối tượng phạm vi nghiên cứu Những điểm luận án Các luận điểm bảo vệ Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cơ sở tài liệu Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP LÂU NĂM 1.1 Tổng quan công trình nghiên cứu ứng dụng viễn thám hệ thông tin địa lý quản lý công nghiệp lâu năm 1.1.1 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng viễn thám hệ thơng tin địa lý phân tích lớp phủ thực vật công nghiệp lâu năm giới 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng viễn thám hệ thông tin địa lý phân tích lớp phủ thực vật cơng nghiệp lâu năm Việt Nam 14 1.1.3 Tổng quan cơng trình nghiên cứu thực vùng Tây Nguyên huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng 15 1.2 Cơ sở lý luận nghiên cứu ứng dụng viễn thám hệ thông tin địa lý quản lý công nghiệp lâu năm 20 1.2.1 Cơ sở khoa học sử dụng viễn thám hệ thông tin địa lý luận án 20 1.2.2 Đánh giá trạng xu hướng biến động diện tích cơng nghiệp lâu năm mối quan hệ với biến động lớp phủ rừng 23 1.3 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 28 1.3.1 Cách tiếp cận quan điểm nghiên cứu sử dụng luận án 28 v 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu sử dụng luận án 30 1.3.3 Các bước thực nghiên cứu ứng dụng viễn thám GIS quản lý công nghiệp lâu năm 32 Tiểu kết chương 34 CHƯƠNG PHÂN LOẠI HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ SỬ DỤNG ẢNH VIỄN THÁM ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM ĐỒNG .35 2.1 Phân tích đặc điểm điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội liên quan đến công nghiệp lâu năm huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng 35 2.1.1 Điều kiện tự nhiên 35 2.1.2 Phân tích điều kiện kinh tế - xã hội 47 2.2 Phân loại trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao 54 2.2.1 Tích hợp thơng tin điều kiện tự nhiên, nông lịch đặc điểm sinh thái công nghiệp lâu năm phân loại ảnh viễn thám .54 2.2.2 Xác lập hệ thống giải đồ trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm 60 2.2.3 Lựa chọn chuẩn hóa lớp liệu chuyên đề liệu thực địa phân loại trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm 62 2.2.4 Phân loại trạng lớp phủ theo phương pháp định hướng đối tượng thời điểm 2011 huyện Bảo Lâm 69 2.2.5 Phân loại trạng lớp phủ theo phương pháp định hướng đối tượng tích hợp với thông tin bối cảnh thời điểm 2011 huyện Bảo Lâm 73 2.2.6 Kiểm chứng độ xác kết phân loại trạng lớp phủ năm 2011 theo phương pháp phân loại định hướng đối tượng .78 2.2.7 Đánh giá vai trò yếu tố bối cảnh tích hợp phương pháp phân loại định hướng đối tượng thời điểm năm 2011 huyện Bảo Lâm .82 2.2.8 Phân loại trạng lớp phủ cho thời điểm thời điểm 2004 2016 huyện Bảo Lâm 87 Tiểu kết chương 89 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ XU HƯỚNG BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ PHỤC VỤ QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP LÂU NĂM HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM ĐỒNG 90 vi 3.1 Phân tích vai trị viễn thám GIS nghiên cứu xu biến động quản lý công nghiệp lâu năm huyện Bảo Lâm 90 3.2 Đánh giá trạng biến động lớp phủ huyện Bảo Lâm thời điểm 2004, 2011 2016 93 3.2.1 Thành lập đồ trạng biến động lớp phủ huyện Bảo Lâm từ kết phân loại ảnh viễn thám thời điểm 2004, 2011 2016 93 3.2.2 Đánh giá kết trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm 98 3.2.3 Đánh giá biến động lớp phủ huyện Bảo Lâm 100 3.3 Phân tích định lượng nguyên nhân biến động lớp phủ công nghiệp lâu năm khu vực huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2004-2016 106 3.3.1 Lựa chọn liệu phân tích hồi quy 106 3.3.2 Đánh giá kết phân tích hồi quy logistic nhóm biến động lớp phủ huyện Bảo Lâm giai đoạn 2004-2016 111 3.4 Các giải pháp quản lý công nghiệp lâu năm sở nghiên cứu diễn biến diện tích cơng nghiệp lâu năm huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng 117 3.4.1 Phân tích tình hình sử dụng khai thác tài nguyên thiên nhiên phục vụ mục tiêu quản lý công nghiệp lâu năm tỉnh Lâm Đồng 118 3.4.2 Phân tích thực trạng phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Lâm Đồng 122 3.4.3 Phân tích tác động quy hoạch sử dụng đất tỉnh Lâm Đồng đến quản lý công nghiệp lâu năm 124 Tiểu kết chương 127 KẾT LUẬN 128 PHỤ LỤC 141 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Sơ đồ quy trình thực nghiên cứu luận án 33 Hình Bản đồ hành huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng 36 Hình 2 Bản đồ độ dốc huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng 38 vii Hình Biến trình nhiệt độ số nắng trung bình tháng trạm Bảo Lộc [6] 40 Hình Biến trình lượng mưa độ ẩm trung bình tháng trạm Bảo Lộc [6] 40 Hình Bản đồ mật độ sơng, suối huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng (được tính tốn nội suy từ liệu nhóm lớp thủy hệ đồ địa hình cấp huyện-MONRE) 42 Hình Bản đồ đất huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng (MONRE, 2010) 44 Hình Bản đồ mật độ dân số năm 2015 huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng [6] 48 Hình Bản đồ suất cà phê năm 2015 huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng [6] 53 Hình Lịch mùa vụ hàng năm huyện Bảo Lâm, PT: gieo trồng; HV: thu hoạch; (nguồn ảnh sử dụng: [112]) 63 Hình 10 Bản đồ điểm khảo sát thực địa ảnh vệ tinh SPOT-5 năm 2011 2013 huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng 68 Hình 11 Phân mảnh mức (mầu vàng) mức cho nhóm khơng rừng (mầu tím) ảnh SPOT-5 khu vực huyện Bảo Lâm năm 2011 70 Hình 12 Sơ đồ phân cấp quy tắc phân loại ảnh SPOT-5 năm 2011 theo phương pháp ĐHĐT-1 71 Hình 13 Sơ đồ phương pháp phân loại định hướng đối tượng tích hợp yếu tố bối cảnh áp dụng cho huyện Bảo Lâm 74 Hình 14 Sơ đồ phân cấp quy tắc phân loại ảnh SPOT-5 năm 2011 theo phương pháp phân loại ĐHĐT-2 76 Hình 15 So sánh độ xác PA UA theo hai phương pháp ĐHĐT-1 ĐHĐT-2 81 Hình 16 Bản đồ lớp cà phê cải thiện độ xác chồng xếp hai kết phân loại theo hai phương pháp ĐHĐT-1 ĐHĐT-2 84 Hình 17 Bản đồ lớp chè cải thiện độ xác chồng xếp hai kết phân loại theo hai quy trình ĐHĐT-1 ĐHĐT-2 85 viii Hình Bản đồ trạng lớp biên tập từ kết phân loại viễn thám Hình 2Bản đồ trạng lớp biên tập từ kết phân loại ảnh viễn thám Hình 3Bản đồ trạng lớp biên tập từ kết phân loại ảnh viễn thám Hình 4Sơ đồ phân tích biến đ Hình 5Biểu đồ cấu diện tí 2004, 2011 2016 Hình Diện tích đất hàng rừng-khơng rừng năm 1995 Hình Thống kê diện tích rừn thời điểm 2004, 2011 2016 Hình Bản đồ biến động nhóm Hình Bản đồ diện tích mở rộ 2004-2016 Hình 10 Bản đồ diện tích mở rộng hàn đoạn 2004-2016 Hình 11 Mối tương quan khả x Hình 12 Mối tương quan khả m DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Đặc trưng số nguồn ảnh vệ tinh quang học ứng dụng lập đồ lớp phủ thực vật [128] ix Bảng 2Điểm mạnh, yếu liệu khác [126] Bảng 3Các loại số thực v trị 0.5; a, b số gain offset Bảng So sánh đặc trưng nhiệt ẩm khu vực tỉnh Lâm Đồng năm 2014 40 Bảng 2 Nhiệt độ khơng khí (T), lượng mưa (P), độ ẩm khơng khí (H), số nắng (L) trung bình tháng năm số trạm khí tượng Lâm Đồng năm 2014 Bảng 3Thống kê diện tích cá Đồng Bảng 4Thống kê trạng s Bảng Biến động diện tích loại đất theo năm, huyện Bảo Lâm [6] Bảng Tỷ lệ tăng dân số theo Bảng Phân bố diện tích ha) [6] Bảng Diện tích CCNLN Bảng Sản lượng s Bảng 10 Tổng hợp số yếu tố sinh thái cà phê chè Bảng 11 Chu kỳ sinh trưởng số Bảng 12 Hệ thống phân loại trạng lớ Bảng 13 Thống kê liệu sử dụng tron động lớp phủ công nghiệp lâu năm thời điểm 2004, 2011 2016 x Bảng 14 Thống kê loại ảnh vệ tinh sử dụng lập đồ trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng case study in a coal fire area, Wuda, Inner Mongolia,China", International Journal of Remote Sensing, 27, pp 4039-55 Yichun X., Zongyao S., Mei Y (2008), "Remote sensing imagery in vegetation mapping: a review", Journal of Plant Ecology, (1), pp 9-23 128 129 Zhang R., Zhu D (2011), "Study of land cover classification based on knowledge rules using high-resolution remote sensing images", Expert Systems with Applications, 38 (4), pp 3647-3652 130 Zhe L., Jefferson M.F (2011), "Rubber Tree Distribution Mapping in Northeast Thailand", International Journal of Geosciences, 2, pp 573-584 131 Zhou Z., Huang J., Wang J., Zhang K., Kuang Z., Zhong S., Song X (2015), "Object-Oriented Classification of Sugarcane Using Time-Series Middle-Resolution Remote Sensing Data Based on AdaBoost", PLOS ONE, 10 (11), pp e0142069 132 Ziegler A.D., Bruun T.B., Guardiola-Claramonte M., Giambelluca T.W., Lawrence D., Nguyen T.L (2009), "Environmental Consequences of the Demise in Swidden Cultivation in Montane Mainland Southeast Asia: Hydrology and Geomorphology", Human Ecology, 37 (3), pp 361-373 140 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Dữ liệu ảnh viễn thám độ phân giải cao huyện Bảo Lâm 142 Phụ lục 2: Ảnh viễn thám Landsat Landsat dùng luận án 146 Phụ lục 3: Bản đồ mơ hình số độ cao khu vực huyện Bảo Lâm 148 Phụ lục 4: Phiếu điều tra thực địa; số hình ảnh thực địa huyện Bảo Lâm năm 2011, 2013 đồ điểm kiểm chứng sử dụng để đánh giá độ xác kết phân loại 149 Phụ lục 5: Bảng thuộc tính điểm sử dụng phân tích hồi quy 152 Phụ lục 6: Thống kê ma trận biến động diện tích loại lớp phủ huyện Bảo Lâm (đơn vị ha) 152 Phụ lục 7: Số liệu thông kê kinh tế xã hội huyện Bảo Lâm 153 Phụ lục 8: Các văn liên quan đến luận án 154 141 Phụ lục 1: Dữ liệu ảnh viễn thám độ phân giải cao huyện Bảo Lâm 142 143 144 145 Phụ lục 2: Ảnh viễn thám Landsat Landsat dùng luận án 146 147 Phụ lục 3: Bản đồ mơ hình số độ cao khu vực huyện Bảo Lâm 148 Phụ lục 4: Phiếu điều tra thực địa; số hình ảnh thực địa huyện Bảo Lâm năm 2011, 2013 đồ điểm kiểm chứng sử dụng để đánh giá độ xác kết phân loại PHIẾU ĐIỀU TRA HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ HUYỆN BẢO LÂM Ký hiệu điểm: ………Thời gian điều tra:.…giờ …ngày……tháng………năm……… Người điều tra:………………………………………ảnh chụp;……………… Địa danh:……… …… ; xã…………………; huyện………….…….; tỉnh…………… Tọa độ: X……………; Y………… … ; Độ cao:…… Điểm mốc đặc biệt:…….…… Hiện trạng lớp phủ:………………………………… …… ; Độ che phủ (%):………… Chất lượng thực phủ:………………………………; Diện tích ước tính (m ):………… Tên lồi gỗ ưu thế:……………… ………………………………………………… Đường kính lớn gỗ lớn nhất:….……….cm; Chiều cao trung bình (m):…………… Thổ nhưỡng:…………………….………………… .; Tỷ lệ đá nổi(%)…………… Hướng dốc chính; ………………………… …; Độ dốc trung bình…… Dấu hiệu nhận biết ảnh vệ tinh:………….………………………………………… Ghi chú: …………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………… …………… ……………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………… ………………… ………………………………………………………………… …………………… ……………………………………………………………… ……………………… …………………………………………………………… ………………………… ………………………………………………………………… 149 150 151 Phụ lục 5: Bảng thuộc tính điểm sử dụng phân tích hồi quy Phụ lục 6: Thống kê ma trận biến động diện tích loại lớp phủ huyện Bảo Lâm (đơn vị ha) Bảng 1: Ma trận biến động diện tích lớp phủ thời điểm 2004-2011 2004-2011 ha) Cà phê Chè Cây hàng năm Rừng dày Rừng thưa, bụi Dân cư Mặt nước Rừng thông Tổng 2011 Bảng 2: Ma trận biến động diện tích lớp phủ thời điểm 2011-2016 2011-2016 (ha) Cà phê Chè Cây hàng năm 152 Rừng dày Rừng thưa, bụi Dân cư Mặt nước Rừng thông Tổng 2011 Bảng 3: Ma trận biến động diện tích lớp phủ thời điểm 2004-2016 2004-2016 (ha) Cà phê Chè Cây hàng năm Rừng dày Rừng thưa, bụi Dân cư Mặt nước Rừng thông Tổng 2016 Phụ lục 7: Số liệu thông kê kinh tế xã hội huyện Bảo Lâm Bảng 4: Mật độ dân số nông thông theo c 10 11 12 13 14 Thị Trấn Lộc Thắng Xã Lộc Bảo Xã Lộc Lâm Xã Lộc Phú Xã Lộc Bắc Xã B’ Lá Xã Lộc Ngãi Xã Lộc Quảng Xã Lộc Tân Xã Lộc Đức Xã Lộc An Xã Tân Lạc Xã Lộc Thành Xã Lộc Nam Bảng 5: Sản lượng suất cà phê theo cấp xã năm 2015 [27] 10 11 12 13 14 Thị Trấn Lộc Thắng Xã Lộc Bảo Xã Lộc Lâm Xã Lộc Phú Xã Lộc Bắc Xã B’ Lá Xã Lộc Ngãi Xã Lộc Quảng Xã Lộc Tân Xã Lộc Đức Xã Lộc An Xã Tân Lạc Xã Lộc Thành Xã Lộc Nam Phụ lục 8: Các văn liên quan đến luận án Quyết định thành lập Hội đồng cấp ĐHQG luận án tiến sĩ; Biên họp Hội đồng cấp ĐHQG chấm luận án tiến sĩ; Quyết nghị Hội đồng cấp ĐHQG chấm luận án tiến sĩ; Các nhận xét thành viên Hội đồng; Xác nhận chỉnh sửa luận án (bản có chữ ký bút màu xanh); Bản trích yếu luận án (bản tiếng Việt tiếng Anh) 154 ... QUANG TOAN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM ĐỒNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám Hệ thông tin địa lý Mã số:... huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng 15 1.2 Cơ sở lý luận nghiên cứu ứng dụng viễn thám hệ thông tin địa lý quản lý công nghiệp lâu năm 20 1.2.1 Cơ sở khoa học sử dụng viễn thám hệ thông. .. lý luận nghiên cứu ứng dụng viễn thám hệ thông tin địa lý quản lý công nghiệp lâu năm 1.2.1 Cơ sở khoa học sử dụng viễn thám hệ thông tin địa lý luận án 1.2.1.1 Cơ sở khoa học ứng dụng viễn thám